何謂「改變遊戲規則」？Toyota合體Mazda、Subaru研發新引擎之奧秘[15P]

口合口羅

上回合提到Toyota預言未來數十年的乘用車市場將會是電動車、燃油Hybrid、新能源動力三國鼎立、三分天下的局面，新能源包括氫能、永續合成汽油、生質燃料等，整體來說內燃機仍佔有70～60％的高比例，因此Toyota必須審視一個嚴肅問題，那就是目前豐田集團使用最廣泛的Dynamic Force主力引擎，與其它對手相較，是否具備絕對優勢？答案其實是否定的！Toyota合體Mazda、Subaru研發新引擎之奧秘（一）直四引擎還有研發空間與必要性？





Dynamic Force引擎除了熱效率仍非最頂之外，在平衡性、噪音、體積、重量、散熱、剛性、強度...等方面仍有進步空間，因此Toyota確實有必要再一次推動「內燃機革命」藉此維持Toyota的競爭優勢與龍頭地位。當然，同時受惠者還有Mazda與Subaru，不過Toyota並不吝於和這二家小車廠分享，因為不是直接競爭對手，更何況Toyota可能需要Mazda的引擎黑科技，因為氫氣引擎沒有這麼好搞，此外Toyota的性能車款與高階車款也需要Subaru的水平對臥引擎加持，畢竟水平對臥引擎天生就是平衡、寧靜、重心低，並能對應後驅平台，非常適合用在性能車與豪華車款。

好的，到目前為止聽起來Toyota的新引擎和豐田集團所聲稱的「即將改變遊戲規則」好像沒有什麼關係？聽起來新引擎就是優化與進化，至少也要像是Mazda的低壓縮比高轉速柴油引擎、火星塞控制汽油壓燃引擎等黑科技，才真的有機會改變遊戲規則，只因Mazda的低壓縮比高轉速柴油引擎、火星塞控制汽油壓燃引擎在量產上市後紛紛出現成本高昂、水土不服、耐用堪慮、效率普普、言過其實等問題，因此想要改變遊戲規則真的沒有這麼簡單，否則雙B為何不也來改變一下遊戲規則，好將Toyota踢下神壇？但相信其後果就只是把自己搞得悽慘而已！是的，遊戲規則並無法靠一、二家車廠來改變，少說也要一打吧。











然而Toyota對於2.0升直四渦輪增壓引擎的「終極目標」乃是放在氫能內燃機！這將有機會改變遊戲規則，但相信許多人絕對會質疑～Toyota Mirai不就是一個車壇笑話嗎？相對於開始走下坡的電動車，Mirai更是被車主們X到爆！姑且不論加氫站豈止是很少、而且是越來越少！因為許多廠商賠錢賠怕了、乾脆不玩了，最鮮明的例子就是Shell殼牌氫能公司，此外氫氣價格飆漲、氫氣運輸效能差、進站經常加不滿、排隊加氫需要數小時起跳、實際氫能續航力差、加速性能也沒有電動車強悍、燃料電池的迅速衰老、維護費用異常地高、中古車價慘到沒有人要...好的，Toyota Mirai的環保永續氫能大夢真的可以直接宣告泡沫化，甚至還要面對多起車主訴訟等負面形象。
但Toyota並不死心，第二波的氫能攻勢將會由內燃機來發動攻擊，而不是「價高命短功率差」的燃料電池，好處是氫能車之價格將不會是美金5萬～6.7萬這種BMW 5系列的豪華價格，而是普及後將會像是Toyota Camry這種約3萬美金起、約台幣百萬的國民價格，如果加上政府的補助，比如說在美國能比照電動車最高優惠補助1.5萬美金的話，那麼一輛氫能Camry可望以1.5萬～2.5萬美金入手，簡單說就是比Altis（Corolla）或是Yaris Cross還要便宜，加上台彎其實也有發展氫能的意願，其實Toyota發展氫能引擎並非死胡同，如果商用車或規模車隊也有意願加入的話，未來確實大有可為，畢竟在規模車隊內設置加氫站是很合理與容易執行的情事。
但現實情況是這樣的，別說你我都不太懂氫氣引擎，簡單說它不會像是天燃氣引擎那樣好搞，嚴格來說連Toyota也都還在摸索當中。之前BMW有研究過市售版的氫氣引擎，結論就是要使用大排氣量V8引擎，才能達到高水準的動力輸出，畢竟氫氣分子小、液化儲存又非常困難、且需要注入大量的氫氣至引擎當中才能得到足夠的動力，這將暴露「氫氣儲存空間不足」的盲點，但是儲存氫氣的碳纖維複合材質氣瓶並不便宜，整體來說就是會衍生新車價格高昂、座艙空間狹窄、行李廂大量消失、續航力不足等問題，因此如何以少量氫氣產生巨大動能，絕對是門氫能顯學！
Toyota的企圖就在於使用體小質輕價格低的2.0T渦輪引擎就能駕馭氫氣，當然，Toyota全新的2.0T引擎美其名是要取代目前的Dynamic Force 2.4T引擎，但終極目標還是汽油、永續合成汽油、氫氣通吃的局面，但2.0T汽油引擎和2.0T氫氣引擎其實是截然不同的東西，燃燒原理完全不一樣，但許多零件會共用，藉此降低成本。

氫氣引擎最特殊之處，就在於必須使用類似柴油引擎之壓縮燃燒原理，但實際運作原理乃是以更艱難的HCCI「均質填充壓縮點火」方式運行，工作狀態可以說是「柴油引擎+汽油引擎」之合體，方能以超稀薄燃燒方式節省燃料消耗並大幅降低廢氣污染。而且氫氣引擎如欲達到優異的燃燒效率，使用的可不是一般乘用車柴油引擎的16：1壓縮比，必須提高至18：1以上才能達到較佳的壓縮溫度與工作效率，因此Toyota對於2.0T氫氣引擎的本體、下座、曲軸、連桿...等強度要求，甚至比柴油引擎更為嚴苛。當然，這也是Toyota為何要研發全新直四引擎的另一個原因，因為目前的Dynamic Force引擎無法符合氫氣引擎的運作標準。

試想；如果Toyata研發新動力，就只是為了「體積縮小10％、重量減輕10％、效率提升10％」那真的大可不必花大錢搞個全新的引擎，直接以舊引擎拿來優化即可，即便達不到10％的目標，沒關係，消費者不太可能感受得到差異。







回到正題，氫氣又是一種容易產生爆震的燃料，必須大幅降低進氣溫度，才不會在燃燒過程發生爆震「自毀前程」，而且此一進氣溫度乃是非常低之27℃，甚至需要冷卻備嚴格控制氫氣管線與氫氣瓶的溫度，否則台彎夏季光室內溫都不只27℃、更何況是在大太陽下曝曬的情況？因此降溫顯得非常重要。但HCCI高壓縮比引擎先天之燃燒溫度就是偏高，而且是整顆引擎都處於滾燙情況，因此氫氣引擎另一個挑戰就是冷卻系統必須非常、非常靈光才行！是的，現行的Dynamic Force引擎也辦不到，必須研發新引擎。

此外，因氫氣容易爆震，使用HCCI工作原理，很難確保冷車、熱車、天熱、天冷、高速、低速...等各種複雜情況都能以HCCI壓燃狀態正常運作，那麼是不是該借用一下Mazda的「火星塞控制壓縮點火」黑科技？如果真的產生不正常爆震現象，好歹還有火星塞這道防線可以抑制氫氣爆震問題。

好的，因為還是有可能要用到火星塞，如此一來Toyota似乎也不能拿柴油引擎來改造成氫氣引擎，
那麼為了氫氣引擎，重新打造一顆2.0T輕量化高強度高散熱的汽油渦輪引擎，似乎也是合理的情事。

但回到原點，Toyota就算如期完成2.0T氫氣引擎的研發與量產市售大工程，並如期在2027年問世，好的，真的能改變遊戲規則嗎？這還用說，屆時或之後當然還是要看氫氣生產、氫氣價格、加氫站普及率等基礎建設成果，就像再強的坦克車或隱形戰機，如果沒有燃油可用，也等同是團巨型廢鐵！

但Toyota目前乃是車界龍頭，如果真想要改變遊戲規則，似乎也只能靠Toyota來號召了！其它就看BMW、歐盟、韓國車廠、美國車廠、其它日系車廠跟不跟了。畢竟許多國家都有氫能計畫、規模雖不龐大，但是如能降低氫能車款之價格，再稍稍普及都會區加氫站的密度，未來三分天下可能不是白日夢，但一統天下絕對是笑話！